液晶の電気流体力学的対流のダイナミクスの研究

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非平衡開放系においては、散逸構造と呼ばれるパターンが形成される.このパターンは、境界条件や外部パラメータ等の変化に伴い、さまざまな形へと非常に興味深い変化を見せる.本研究では、パターンの形成機構を明らかにするために、パターンの発展過程に関する研究を行った.水平配向されたネマチック液晶に電場を印加すると、あるしきい値以上においてロール状対流が生じる.これを偏光顕微鏡下で観察すると縞状のパターンとして見ることが出来る.このパターンのことをウィリアムズ・ドメインと呼ぶ.アスペクト比の大きなセルはほぼ2次元系と見なすことが出来る.この系において、一様状態(0V)と乱流状態(30V)の2つの初期状態から、印加電圧をジャンプさせ(12.67V)、ウィリアムズ・ドメインが形成される過程を観測した.パターンの形成過程は、ウィリアムズ・ドメインの振幅が成長する初期過程と、ウィリアムズ・ドメインの欠陥が消滅していく後期過程に分けることができる。パターンの形成過程を定量的に解析するために、観察した発展過程の画像より、振幅・フーリエスペクトルの幅・欠陥数の時間依存を求めた.発展過程は、振幅が成長して欠陥やロールの曲がりを含んだパターンが現れる過程と、それらの欠陥や曲がりの緩和によって完全な1次元周期パターンへと移行してゆく過程の2つの過程からなる.振幅は、印加電場をジャンプさせた後、わずかな遅れを伴って急激に成長し、早い時間で飽和する.欠陥数から求めた系の特徴的長さの時間依存はt^<1(/)2>則に従っており、平衡系での緩和過程の実験および理論とのよいアナロジーを示した.それに対し、ピーク幅より求めた系の特徴的長さの時間依存はt^<1(/)4>則に従い、欠陥数及び平衡系とは異なる結果を示し、全体としては平衡系とのアナロジーが完全に成り立たず、非平衡系独自のダイナミクスに従っている事が示唆された.